DE60026687T2

DE60026687T2 - Statorstufe eines Verdichters

Info

Publication number: DE60026687T2
Application number: DE60026687T
Authority: DE
Inventors: Mathieu Bos
Original assignee: Techspace Aero SA
Current assignee: Safran Aero Boosters SA
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: US20020085916A1; US6595747B2; EP1213484A1; DE60026687D1; EP1213484B1

Description

Gegenstand der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Leitapparat eines Verdichters, der eine Folge von Leitapparaten oder Statorstufen umfasst, die durch Rotorstufen von Laufschaufeln getrennt sind, wobei jeder Leitapparat aus Leitschaufeln besteht, die einen Innenring mit einem Außenring verbinden.
Stand der Technik
Koaxiale Verdichter sind an sich wohlbekannt und finden in unterschiedlichen Anwendungsbereichen Verwendung. Insbesondere werden sie in Zweiwellentriebwerken, Turbogebläsen und Turbinenluftstrahltriebwerken verwendet. Auch in Elektrizitätswerken werden sie eingesetzt. Diese Verdichter vom Typ Niederdruckverdichter oder Hochdruckverdichter bestehen im Wesentlichen aus mehreren Stufen von Laufschaufeln oder Rotorstufen, die von Leitapparaten oder Statorstufen getrennt sind, die dazu dienen, den Vektor der Geschwindigkeit des Mediums, das aus der vorhergehenden Stufe austritt, umzulenken (oder zurückzulenken), bevor es in das nachfolgende Abteil geleitet wird.
Jeder dieser Leitapparate besteht im Wesentlichen aus Leitschaufeln, die einen Außenring mit einem Innenring verbinden, die beide konzentrisch sind.
Ein wichtiges Problem bei Leitapparaten von Verdichtern besteht darin, dass die besagten Schaufeln in besonders effizienter Weise an den Ringen zu befestigen sind. In der Tat muss diese Verbindung der Schaufeln mit den Ringen optimal sein, damit sie auch Unfällen wie etwa dem Bruch einer Schaufel oder dem Eindringen eines Fremdkörpers, zum Beispiel eines Vogels in dieses Turbinenluftstrahltriebwerk, standhalten kann.
Üblicherweise wird die Verbindung der Schaufeln mit dem Innen- und Außenring durch Nieten, Schrauben oder durch Schweißen hergestellt. Jedoch hat der Einsatz dieser Befestigungsmittel den wesentlichen Nachteil, dass sie die Strömung stören und einen Druckverlust im aerodynamischen Strahl verursachen.
In der amerikanischen Druckschrift US-A-2 812 159 wird eine Fügevorrichtung für Schaufeln vorgeschlagen, die aus einer Reihe von U-förmigen Teilen besteht, wobei jede Schaufel im Boden des U-Profils eine Öffnung besitzt, in die das freie Ende der Schaufeln hineingeschoben ist; diese Verbindung wird durch Befestigungsmittel gesichert, die unter anderem Schrauben umfassen, und die dazu geeignet sind, die seitlichen und axialen Bewegungen der Schaufeln zu verhindern. Jedoch kann mit dieser Fügevorrichtung das Problem der Störung der Strömung im Turbinenluftstrahltriebwerk, das mit der Verwendung von Schrauben und ähnlichen Befestigungsmitteln zusammenhängt, nicht gelöst werden.
Ebenfalls wurde in der Druckschrift GB-A-732 919 die Verwendung einer Fügevorrichtung für Schaufeln vorgeschlagen, bei der die Schaufeln durch eine Metallfolie miteinander verbunden sind, die die Schaufeln durchquert und als Stützstruktur dient, sowie durch ein Band. Außerdem sind die Endteile der Schaufeln gelocht, um Löcher zu haben, durch die ein Spannseil entlang des Umfangs der Montageeinheit läuft, so dass die Schaufeln in Position gehalten werden. Eine Schweißnaht mit Hilfe eines Nagels kann zwischen dem Band und den Schaufeln vorgesehen sein, so dass ein zusätzlicher Rückhalt der Schaufeln gewährleistet wird. Das Problem der Störung der Strömung im aerodynamischen Strahl besteht daher auch hier.
Die Druckschrift FR-A-1 252 179 bezieht sich auf den Zusammenbau von Leitschaufeln und Ringen, bei dem die Leitschaufeln vorübergehend an ihrem T-förmigen Fuß mittels eines Bandes, das über diese Füße passt, aneinander befestigt werden. Wenn es auch nicht notwendig ist, dieses Band anschließend zu entfernen, so werden bei dieser Verbindung doch wieder Schrauben zur Befestigung der Schaufeln an den Ringen verwendet und somit tritt der gleiche Nachteil wie beim obenstehenden Beispiel auf.
In der Druckschrift US-A-5 569 019 wird der Zusammenbau eines Turbinenstators beschrieben, der einen Innenring und einen Außenring umfasst, die mit Öffnungen versehen sind, durch die Schaufeln geführt werden, wobei diese Schaufeln in radialer Richtung mittels Dichtungen auf dem Innen- und Außenring gehalten werden. Jede Schaufel besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen, wobei ein Teil dem Luftstrom ausgesetzt ist, der andere bildet den Fuß. Die Schaufeln bestehen vorzugsweise aus einem nichtmetallischen Verbundmaterial, das aus einer Reihe Fasern, einschließlich Para-Aramid-Fasern, besteht, die von dem Teil, der dem Luftstrom ausgesetzt ist bis zum Fuß der Schaufeln enthalten sind, die aber an der Verbindung dieses dem Strom ausgesetzten Teils und des Fußes unterbrochen sind.
In der Druckschrift US-A-2 812 158 wird die Verbindung von Schaufeln und Ringen für einen Turboverdichter beschrieben, der einen Außenring, einen Innenring und Reihen von Leitschaufeln umfasst, wobei das äußere Ende jeder Leitschaufel in eine Öffnung beim Außenring hineingesteckt wird und aus diesem Außenring herausragt. Bei dieser Verbindung werden zwei Reihen Schaufeln mittels eines spannungsbeanspruchten Bandes in Position gehalten, das den Außenring umringt und sich gleichzeitig von ihm abhebt und das die Flächen der äußeren Enden der Schaufeln berührt.
Aufgaben der Erfindung
Diese Erfindung hat die Aufgabe, eine Lösung anzubieten, die einen vereinfachten Zusammenbau der Leitschaufeln sowohl mit dem Innenring als auch dem Außenring ermöglicht.
Insbesondere hat die Erfindung die Aufgabe, eine Lösung anzubieten, die durch eine sehr einfache Montage gekennzeichnet ist und keine zusätzlichen Montagevorgänge erfordert.
Außerdem hat die Erfindung die Aufgabe, eine Lösung anzubieten, die jede durch Schweißnähte oder Niete am Ring verursachte Störung des aerodynamischen Strahls der Strömung verhindert.
Diese Erfindung hat außerdem die Aufgabe, eine Lösung mit niedrigen Kosten anzubieten.
Wichtigste charakteristische Elemente der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Leitapparat eines Verdichters, der zwei Ringe umfasst, einen Außenring und einen Innenring, die beide konzentrisch und vorzugsweise kreisförmig sind und die miteinander durch eine Reihe Leitschaufeln verbunden sind. Wenigstens einer der Ringe, und vorzugsweise beide, nämlich der Außen- und der Innenring, sind mit Schlitzen versehen, die es ermöglichen, dass die besagten Leitschaufeln durch diese Schlitze geführt werden, um ihre Verbindung mit den Ringen zu ermöglichen. Dazu weisen die Leitschaufeln an wenigstens einem und vorzugsweise an ihren beiden Enden einen Ausschnitt auf, der zur Durchführung eines Verriegelungselements dient. Dieses Verriegelungselement ermöglicht auf vorteilhafte Weise die Verbindung der Schaufeln mit wenigstens einem und vorzugsweise mit beiden Ringen auf der nicht funktionalen Seite, d.h. auf der Innenseite beim Innenring und auf der Außenseite beim Außenring.
Gemäß dieser Erfindung erfolgt die Verbindung der Schaufeln mit dem Ring oder den Ringen dadurch, dass ein Band aus einem oder mehreren Teilen nacheinander durch alle Ausschnitte der Schaufeln eines Leitapparats geführt wird, und zwar auf der nicht funktionalen Seite der Ringe.
Dieses Band weist eine Federfunktion auf und ist in ein Elastomerteil eingebettet, das den Schutz der einzelnen Teile, und insbesondere der Verriegelungselemente, gewährleistet.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 zeigt eine allgemeine Ansicht der Verdichtungsstufe eines Turbogebläses.
2 zeigt die mittels dieser Erfindung eingesetzte Lösung zur Verbindung der Leitschaufeln mit dem Innen- und dem Außenring.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Die mit dieser Erfindung vorgeschlagene Lösung im Hinblick auf die Verbindung der Leitschaufeln 6 mit den Ringen 4 und 5 für eine Leitstufe 2 ist in 2 beschrieben. Selbstverständlich könnte dieselbe Lösung an jede Leitstufe 2', 2'', ... angepasst werden. Jeder Ring, sowohl der Innenring 4 als auch der Außenring 5, ist mit einer Reihe von Schlitzen oder Ausschnitten (Reihen 14 oder 15) versehen, die es ermöglichen, dass die besagten Leitschaufeln 60, 61, 62, 63... mit einem ihrer Enden durch den entsprechenden Ring gesteckt werden.
Daraus ergibt sich, dass, sobald die Leitschaufeln 60, 61, 62, 63, ... an den besagten Ringen befestigt sind, ein Teil 16 oder 17 der besagten Leitschaufeln 60, 61, 62, 63, ... über die Ringe 4 und 5 hinausragt. Die verschiedenen Teile 16 oder 17 weisen jeder auch einen Ausschnitt 20, 21, 22, 23... und 30, 31, 32... auf, der zur Einführung eines Verriegelungselements (40 oder 50) dient. Dieses Verriegelungselement hat hier die Form eines Bandes, das, indem es entweder alle Ausschnitte 20, 21, 22, ... oder alle Ausschnitte 30, 31, 32... der Leitschaufeln 60, 61, 62, 63... gleichzeitig durchquert, die besagten Leitschaufeln mit dem Innenring 4 und dem Außenring 5 verbindet. Dies geschieht auf der nicht funktionalen Seite des besagten Rings, d.h. auf der Innenseite des Innenrings 4 und auf der Außenseite des Außenrings 5.
Vorzugsweise weist dieses Band eine Federfunktion auf und besteht aus einem einzigen Teil. Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann das Band aus mehreren Teilen bestehen.
Es ist festzustellen, dass in dem in 2 dargestellten Fall die Leitschaufeln mit beiden Ringen auf diese Weise verbunden sind, einerseits mit dem Innenring 4 und andererseits mit dem Außenring 5, mit Hilfe der zwei Verriegelungselemente 40 und 50. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Leitschaufeln auf diese Weise nur mit einem der beiden Ringe verbunden sind.
Die Enden 16 oder 17 der Leitschaufeln 60, 61, 62, 63, ..., an denen das Verriegelungselement 40 oder 50 angeordnet ist, sind in ein Elastomerteil 18 oder 19 eingebettet.
Eine solche Vorrichtung zur Verbindung weist mehrere Vorteile auf. Zunächst verursacht sie keinerlei Störung im aerodynamischen Strahl des Stroms, was den Druckverlust in diesem stark reduziert.
Sie ist einfach herzustellen und einfach an- und abzubauen. Außerdem gewährleistet sie eine optimale Materialausnutzung. Ein weiterer Vorteil ist, dass dadurch zwei Arten von Teilen, die Leitschaufeln und die Ringe, ohne mechanische Verbindung zusammengebaut und verbunden werden können, ohne Änderung des funktionalen Aspekts dieser beiden Arten von Teilen.

Claims

Leitapparat (2) eines Verdichters (1), der einen Außenring (5) und einen Innenring (4) umfasst, die beide konzentrisch und vorzugsweise kreisförmig sind und die durch eine Reihe Leitschaufeln (60, 61, 62, 63...) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Ringe mit einer Reihe von Schlitzen oder Ausschnitten (Reihen 14 oder 15) versehen ist, die es ermöglichen, dass die besagten Leitschaufeln (60, 61, 62, 63...) durch diese Schlitze oder Ausschnitte geführt werden, wobei die Leitschaufeln (60, 61, 62, 63...) an wenigstens einem Ende (16 oder 17) einen Ausschnitt (20, 21, 22, ... oder 30, 31, 32...) aufweisen, der zur Durchführung von wenigstens einem Verriegelungselement (40 oder 50) dient, mit dem gleichzeitig alle Schaufeln (60, 61, 62, 63...) des Leitapparats (2) auf der nicht funktionalen Seite des Rings miteinander verbunden werden können, und dadurch, dass das Ende (16 oder 17) der Leitschaufeln (60, 61, 62, 63...), an dem das Verriegelungselement (40 oder 50) angeordnet ist, in ein Elastomerteil (18 oder 19) eingebettet ist.
Leitapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (40 oder 50) die Form eines Bandes hat, das alle Ausschnitte (20, 21, 22, ... oder 30, 31, 32...) der aufeinanderfolgenden Schaufeln (60, 61, 62, 63...) nacheinander durchquert.
Leitapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Band aus einem oder mehreren Teilen besteht, die eine Federfunktion aufweisen.